浅析地球物理勘探中灰色理论的应用

1.灰色理论及实现方法

在现实生活中，大多数系统都是介于黑色与白色系统之间，如邓聚龙所说：“系统中既含有已知信息又含有未知信息，称为灰色系统”。地球物理勘探和开发领域所涉及到的地震数据、测井资料、岩石物理资料等都属于灰色系统，既有通过仪器测量、实验室物理模拟等确定的已知信息，也有无法定性或定量把握的未知情况。在地球物理勘探开发领域广泛地应用着以因素相互影响为基础的关联度分析法，基于白化权函数的灰色聚类和灰色预测法，以及建立数学微分方程模型的灰色建模法等几种灰色理论的基本方法。

1.1灰关联度分析

关联度分析是灰色系统最主要也是目前在地球物理勘探开发领域应用最广泛的方法之一.它主要用于分析不同数据项之间相互影响、相互依赖的关系，根据事物序列(母序列和子序列)曲线几何形状的相似程度，定量的评判事物(因素)间的关联程度。两条曲线的形状彼此越相似，关联度就越大，反之，则关联度越小。其中的关键是对灰关联矩阵进行分析，找出其中起主导作用的因素。

1.2灰色聚类

灰色聚类是以灰色关联度为基础的聚类方法，实质上是将聚类对象归纳成若干个灰色系统类型，以判断该聚类对象属于哪一类灰色类型。它能给出定量的评价，比定性的地质分析更具客观性。

1.3灰色预测和灰色建模

灰色预测通过原始数据的处理和灰色模型的建立，发现和掌握系统发展的规律，对系统的未来状态做出科学的定量预测。灰色理论认为，原始地震数据本身就是一种多因素的组合作用的结果。与其进行因素的多层剖析，不如就以原始依据进行预测。在地震资料的预测处理中这是一种新的思想、新的角度。

2.灰色理论在地球物理勘探开发中的应用

灰色理论在地球物理勘探开发中的应用实例和理论研究都很多，主要集中在地震解释、储层评价和测井解释三个方面。

2.1地震解释

灰色理论在地震资料解释中的应用主要包括层位标定、岩性分析以及地震剖面的异常值提取等。其中层位标定和岩性分析作为地震解释的基础环节和描述地层地质情况的重要信息，一直倍受关注，当然也是灰色理论在地震资料解释中应用的重点。其典型的方法是从测井资料中提取与层位、岩相有关的信息，将地层剖面、岩性分成若干个测井评价参数范围，然后采用这些测井地质评价参数与岩心录井剖面进行详细对比，统计确定出地质评价参数的标准，最后用参数特征值白化灰色系统，以达到精细划分地层层位和岩性的目的。这种做法最大优点就是使测井资料得到了充分的利用，同时这也是灰色理论在地震资料解释中应用的最显著的一个特点。

2.2储层评价

储层评价所涉及的内容很多，应用范围也相当广泛，但目前储层评价还没有一套公认的评价标准和工作规范，各家的评价方法都不尽一致如模糊判别法和专家打分法等。这些方法往往要求数据量较大，而且还要求数据间存在典型的统计规律，实际计算是很困难的。灰色理论在储层评价中的应用则有效的克服了上述方法的不足。它的基本思路是通过选取储层的各评价参数特征值，利用灰色理论的基本方法去白化储层系统发展的态势，确定评价指标和实际数据之间的关联度，据此定量描述储层的特征，具有数据量小、模型简单等优点，很好地满足了实际生产的需要。另外，灰色理论是一个动态的预测过程，对于油气井的储量、储层产能等这样每时每刻都在发生变化的预测目标，不仅能够很好的预测出油气井以及储层储量长期的情况，而且还能进行时时的监控预测。

2.3测井解释

目前，灰色理论在测井解释方面的应用也大多集中于此。此外，在解释水淹层、预测储层剩余饱和度以及对测井信号进行滤波等方面也有成功的应用实例。国内外用于测井解释的技术方法很多，如相关对比法、模式识别技术、波形树匹配及人工智能技术等。灰色理论方法与这些方法相比其最大的优势在于，它将测井解释看成一个灰色系统，无需了解大量的先验信息，比其它方法更加符合地下实际情况，所需计算量也相对较小。实践证明，灰色理论用于测井解释不仅可行，而且已经取得了很好的应用效果。

3.灰色理论的发展方向

目前，灰色理论已形成一个完整的理论体系。其应用领域已渗透到社会科学、自然科学的多门学科。近年来在地球物理勘探开发中的应用发展尤为迅速，然而任何理论总有其不够完善的地方，灰色理论也不例外。因此灰色理论还将在地球物理勘探开发的实践中不断的完善和发展，今后灰色理论的发展方向和研究重点大体有以下几个方面：

3.1加强基础理论的研究

灰色理论基本方法的研究深度不足，数学证明不够完善。比如灰关联分析不适用于负相关序列的分析和计算;由灰色关联系数构成的灰色关联度不满足灰色关联公理中的整体性和偶对对称性原则;灰色建模方法的累加生成不能减弱原始数列的随机性时，用一阶微分方程作为预测模型必然存在原理性误差等问题，都是灰色理论基本方法中存在的问题，都直接间接地影响了最终的预测结果。特别是灰色理论的一些核心内容，如累加生成数列能够提高预测精度等结论，在现有的灰理论专著中均末经予严格的数学证明。而这些结论作为灰色理论的核心内容正广泛地应用于地球物理勘探开发的各个方面，对最终的预测结果和精度的影响很大。

3.2拓宽应用范围

从目前的研究成果来看，灰色理论在地球物理勘探开发中的应用主要集中在地震资料解释、地质评价和测井解释三个方面，归根到底还是主要应用在解释方面，应用领域过于单一，解决实际问题的能力还不足，且灰色理论在储层预测中的应用目前尚限于单系列预测，存在着一定的风险。另外，灰色理论主要研究方法的应用范围也还十分有限。如：利用灰色建模、灰色关联分析作为研究工具的例子较为普遍，其它方法的应用则相对较少。

3.3与其它方法相结合

由于灰色理论自身的理论基础这不够完善，解决勘探开发中出现的各种问题的能力稍显不足。近年来虽然出现了将灰色理论与分形、神经网络、模糊理论等方法联合应用的实例，但应用的范围和深度都还远不能满足实际需要。可以尝试将其与其他优化、仿真方法相结合，如遗传算法、混合离散变量多目标寻优算法以及小波变换、最小二乘方法等。